يتميز نقص الأكسجين البحري باستنفاذ المحيطات بشدة للأكسجين المذاب، مما يجعلها سامة وبالتالي يكون لها آثار مدمرة على الكائنات الحية التي تعيش فيها. أحد هذه الأحداث، المعروف باسم حدث نقص الأكسجين المحيطي (OAE2)، وقع منذ حوالي 93.5 مليون سنة عبر الحدود السينومانية-التورونية للعصر الطباشيري العلوي واستمر لمدة تصل إلى 700000 عام.
خلال مثل هذه السيناريوهات، يتم دفن المواد العضوية بمعدل مرتفع، مما يؤدي إلى إنتاج طبقات مميزة من الصخر الزيتي الأسود في السجل الجيولوجي، والتي يتم استنفادها في الكربون 13 الأثقل نظائريًا، وبالتالي توليد انحراف نظائر الكربون الموجب بمقدار ~6 ‰ لهذه الدراسة فترة.
لا تزال العوامل المحددة التي تسبب OAE2 محل نقاش، ولكن الأكثر دعمًا على نطاق واسع هو النشاط البركاني من المقاطعة البركانية الكبيرة في منطقة البحر الكاريبي والمقاطعة البركانية الكبيرة في القطب الشمالي، مما يؤدي إلى زيادة ثاني أكسيد الكربون في الغلاف الجوي وبالتالي ارتفاع درجة حرارة الكوكب.
زيادة تجوية الأرض
من بين مجموعة كبيرة من التأثيرات الناجمة عن الكوكب الأكثر دفئًا، زيادة تجوية الأرض، حيث تنقل العمليات النهرية هذه المواد إلى المحيطات، مما يوفر العناصر الغذائية الأساسية للمنتجين الأساسيين في سطح المحيط، تؤدي الإنتاجية الأولية المحسنة إلى إنتاج المزيد من الأكسجين، لكن سلاسل الغذاء الغذائية تستخدم في النهاية المزيد من هذا الأكسجين في عمليات التمثيل الغذائي.
ويتفاقم هذا بسبب انخفاض قابلية ذوبان الأكسجين في المحيطات الأكثر دفئًا، مما يؤدي إلى إزالة الأكسجين على نطاق واسع في العالم البحري للأرض، وهو محور بحث جديد نُشر في مجلة مناخات الماضي.
تحول الدكتور محمد الفريد أبراهام، من جامعة ماليزيا صباح وزملاؤه إلى رواسب أعماق البحار التي تم حفرها خلال رحلة استكشافية لارتفاع ديميرارا، شمال المحيط الأطلسي الاستوائي، والتي كانت تقع خلال العصر السينوماني على خط عرض ~5 درجات شمالاً.
أسرار المحيطات القديمة
وكشف الدكتور أبراهام عن أهمية العمل قائلاً: “إن بحثنا يتطرق إلى أسرار المحيطات القديمة، وتحديداً فترة ما قبل 93.5 مليون سنة عندما كان جزء كبير من المحيط خالياً من الأكسجين. ومن خلال دراسة البصمات الكيميائية الطبيعية المحفوظة في الرواسب البحرية، “نكشف كيف أدت الأنشطة البركانية والاحترار المناخي في الماضي إلى انخفاض كبير في الأكسجين في المحيطات. إن فهم ذلك في وقت مبكر أمر بالغ الأهمية، لأنه يعكس التحديات التي نواجهها اليوم مع أزمة المناخ المستمرة، مما يساعدنا على التنبؤ بالعواقب المستقبلية والتخفيف من آثارها.”
وبأخذ عينات من المواد العضوية من النوى المحفورة، قام فريق البحث بعزل مركبات ذات أصل بيولوجي تكون مستقرة على مدى فترات زمنية جيولوجية تبلغ ملايين السنين، والمعروفة باسم المؤشرات الحيوية. يوضح الدكتور أبراهام أن المؤشرات الحيوية تُعرف باسم “الحفريات الجزيئية”، مضيفًا أن “المؤشرات الحيوية عبارة عن مركبات كيميائية موجودة في الصخور الرسوبية التي نشأت من كائنات حية منذ ملايين السنين. فكر فيها على أنها حفريات جزيئية، على عكس العظام أو الأصداف، ليست كذلك”، ويمكن رؤيتها بسهولة بالعين المجردة، وقد ظلت هذه المركبات، التي كانت ذات يوم جزءًا من الكائنات الحية، مستقرة كيميائيًا على مدى فترات زمنية جيولوجية واسعة.
وقال، “نحن نستخرجها بعناية باستخدام سلسلة من الإجراءات الكيميائية وتقنية تعرف باسم كروماتوغرافيا الغاز – قياس الطيف الكتلي في المختبر لعزل هذه المركبات من الرواسب المحفورة وتجنب التلوث،”يساعدنا تحليل هذه المؤشرات الحيوية على إعادة بناء الظروف البيئية الماضية، مثل درجات الحرارة ومستويات الأكسجين في المحيطات، ولكن ربط وجودها بظروف بيئية تاريخية محددة يتطلب عملاً مختبريًا دقيقًا وفهمًا عميقًا للعمليات الجيوكيميائية”.
ووجد العلماء أن النسبة المئوية لإجمالي محتوى الكربون العضوي في العينات زادت خلال فترة الدراسة (3.8 مليون سنة)، وبلغت ذروتها عند حوالي 28% من الوزن عند OAE2 من المستويات الأولية البالغة 1-17% من الوزن. حدث هذا جنبًا إلى جنب مع زيادة تتراوح بين 5 و8 درجات مئوية في درجة حرارة سطح البحر حتى 43 درجة مئوية.
منطقة الحد الأدنى من الأكسجين في العصر السينوماني
تشير المؤشرات الحيوية الرئيسية لـ 28,30-دينوروبان والليكوبان إلى هذا الاحترار وانخفاض الأكسجين، مما يشكل منطقة الحد الأدنى من الأكسجين في العصر السينوماني، مماثلة لتلك التي لوحظت في البحر الأسود اليوم، تقترن هذه البيانات بانخفاض ملحوظ في وفرة المنخربات القاعية (الكائنات الحية الدقيقة وحيدة الخلية التي تعيش في قاع المحيط) في أواخر العصر السينوماني، حيث لم تكن قادرة على البقاء في بيئة الأكسجين المستنفدة.
وتزداد هذه الطبقات المنخفضة الأكسجين من حيث العدد والحجم مع ارتفاع درجة حرارة المحيطات، مما يشكل منطقة سميكة في العمق تحت طبقة سطحية رقيقة عالية الإنتاجية وغنية بالأكسجي، تكشف المؤشرات الحيوية لثيوفين الهوبانويد C35 والإيزونيريراتان عن توسع الأوكسينيا في عمود الماء (نقص الأكسجين والكبريتيد) لتصل أخيرًا إلى المنطقة الضوئية السطحية عبر الحدود السينومانية-التورونية عند OAE2.
حركة الكتل المائية
من المحتمل أن حركة الكتل المائية، مثل بحر تيثيس الذي أدى إلى إزاحة مياه قاع ديميرارا المالحة الدافئة، لعبت دورًا في توزيع الظروف الغنية بالمغذيات، ولكنها فقيرة بالأكسجين عبر حوض المحيط. اقترحت الأبحاث السابقة أن ما يصل إلى 50% من محيطات الأرض منذ حوالي 93 مليون سنة كانت تعاني من نقص الأكسجين خلال OAE2، ومن المحتمل أن تبدأ هذه العملية قبل حوالي 2 مليون سنة خلال حدث منتصف السينوماني.
وفي نهاية المطاف، انتهى حدث نقص الأكسجين في المحيطات، وهو التوقف الذي أرجعه الدكتور أبراهام وزملاؤه إلى استنفاد إمدادات المغذيات في المياه السطحية، مما أدى إلى انهيار الإنتاجية الأولية، بالإضافة إلى ذلك، ربما يكون الإنهاء قد تأثر بالتغيرات في الجغرافيا القديمة لبوابة المحيط الأطلسي الاستوائية، هذه البوابة، التي ظهرت بين ما يعرف الآن بشمال شرق أمريكا الجنوبية وغرب أفريقيا، غيرت دوران المحيطات في شمال المحيط الأطلسي، وبالتالي منعتها من أن تصبح فخًا للمغذيات يمكن أن يدعم الإنتاجية الأولية.
الأحواض أو البحار المغلقة أكثر عرضة للخطر
وبالنظر إلى مستقبل محيطات الأرض مع توسع مناطق الحد الأدنى من الأكسجين، يقول الدكتور أبراهام: “في عالم اليوم، تعتبر الظروف المحيطية نقص الأكسجين بشكل عام، ولكنها لم تصل بعد إلى مستويات نقص الأكسجين في المحيطات المفتوحة، ومع ذلك، فإن الأحواض أو البحار المغلقة أكثر عرضة للخطر”، عرضة للإصابة بنقص الأكسجين.
وأضاف “مع استمرار ظاهرة الاحتباس الحراري، من المتوقع أن تتوسع مناطق الحد الأدنى من الأكسجين أفقيًا وعموديًا، فالمياه الأكثر دفئًا تحتوي على كمية أقل من الأكسجين، ويمكن أن تؤدي درجات الحرارة السطحية المتزايدة إلى طبقات أقوى لطبقات المحيطات، وبالتالي تقليل الخلط الذي يجدد الأكسجين عادة في المياه العميقة.
وأوضح “بالإضافة إلى ذلك، يمكن أن يؤدي الاحتباس الحراري إلى تعزيز النشاط البيولوجي في المياه السطحية، مما يؤدي إلى غرق المزيد من المواد العضوية إلى الأعماق، حيث تستهلك الأكسجين أثناء تحلله، وهي عملية واضحة خلال OAE2.
وذكر، “اليوم، توجد مناطق الحد الأدنى من الأكسجين في المقام الأول في المحيط الهادئ والمحيط الهندي، مع ظروف تجعل الحياة صعبة بالنسبة للعديد من الأنواع البحرية. ومع الاتجاهات الحالية للاحتباس الحراري، من المتوقع أن تتوسع هذه المناطق، مما يقلل من المساحة البحرية الصالحة للسكن ويؤثر سلبًا على التنوع البيولوجي البحري. ومصائد الأسماك.
“بحلول نهاية هذا القرن، إذا استمر المسار الحالي للاحترار وجريان المغذيات، فقد نشهد زيادة كبيرة في ظروف نقص الأكسجين ونقص الأكسجين في محيطاتنا، مما يهدد النظم البيئية البحرية والخدمات التي تقدمها للبشرية.”
اتخاذ قرارات أفضل بشأن مستقبل كوكبنا
فهم الدور الذي قد تلعبه المحيطات الأكثر دفئًا في تدوير الأكسجين والمواد المغذية عبر عمود الماء أمر بالغ الأهمية، خاصة وأن محيطات الأرض تدخل مستقبلًا غامضًا بسبب تغير المناخ المستمر، تعلمنا الحلقات القديمة من نقص الأكسجين البحري (مثل OAE2) عن تاريخ الأرض وتذكرنا بمدى أهمية العناية بمحيطاتنا، وبينما نواجه تحديات جديدة تتعلق بالمناخ، فإن النظر إلى الأحداث الماضية يمكن أن يرشدنا إلى اتخاذ قرارات أفضل بشأن مستقبل كوكبنا.
يقول الدكتور أبراهام: “إنه لأمر رائع ولكنه مثير للقلق كيف يتردد صدى التاريخ في أزمتنا البيئية الحالية”،”تحكي المحيطات القديمة قصة مرونة ونهضة، ولكنها تقدم أيضًا تحذيرًا، إن حدث OAE2، على الرغم من حدوثه على مدى ملايين السنين، يُظهر لنا التأثير العميق الذي يمكن أن تحدثه التغيرات في الغلاف الجوي على الحياة البحرية، ونحن نواجه “التحديات المناخية الخاصة بنا، أصبح من المهم أكثر من أي وقت مضى أن نستمع إلى هذه الدروس من الماضي. إن أبحاثنا لا تتعلق فقط بفهم التاريخ؛ بل إنها جزء حاسم من اللغز في حماية مستقبل محيطات كوكبنا”.
